近期发表论文

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Xiaoji Wang, Can Guo, Jing Peng, Cong Li, Fangfang Wan, Shaoman Zhang, Yangyang Zhou, Yan Yan, Lijuan Qi, Kaiwen Sun, Shuhua Yang, Zhizhong Gong and Jigang Li* (2018) ABRE-BINDING FACTORS play a role in the feedback regulation of ABA signaling by mediating rapid ABA induction of ABA co-receptor genes. New Phytol. Doi:10.1111/nph.15345
来源:本站    发布时间:2018-7-19 10:10:17    点击数量:298

Xiaoji Wang, Can Guo, Jing Peng, Cong Li, Fangfang Wan, Shaoman Zhang, Yangyang Zhou, Yan Yan, Lijuan Qi, Kaiwen Sun, Shuhua Yang, Zhizhong Gong and Jigang Li* (2018) ABRE-BINDING FACTORS play a role in the feedback regulation of ABA signaling by mediating rapid ABA induction of ABA co-receptor genes. New Phytol. Doi: 10.1111/nph.15345

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李继刚课题组揭示ABA信号的负反馈调控机制

 
图1. ABFs直接结合A类PP2C基因的启动子,介导ABA对A类PP2C基因表达的诱导,从而在ABA信号的负反馈调控中扮演重要的角色

        植物激素脱落酸 (abscisic acid, ABA) 在植物的整个生命周期中都起重要的调控作用,尤其在植物应对逆境胁迫时扮演重要的角色。在过去二十多年中,人们对ABA信号转导的分子机制进行了广泛和深入的研究,鉴定了ABA受体—PYR/PYL/RCAR蛋白(拟南芥中有14个)和共受体—A类PP2C蛋白(拟南芥中有9个)。A类PP2C是ABA信号的负调控因子,在无ABA时,A类PP2C和SnRK2类蛋白激酶相互作用,抑制SnRK2的激酶活性,ABA信号通路因而被阻断;当有ABA时,PYR/PYL/RCAR蛋白结合ABA,然后和A类PP2C形成复合体,解除A类PP2C对SnRK2的抑制,从而SnRK2可以磷酸化其底物(比如ABFs类转录因子),将ABA信号传递下去。有趣的是,在先前的研究中多次报道了ABA可以显著诱导个别A类PP2C基因的表达,但是其分子调控机制和生物学意义并不清楚。
在该研究中,李继刚课题组从最早发现的A类PP2C—ABI1和ABI2入手,首先利用ABI1和ABI2的特异抗体证实了内源ABI1和ABI2蛋白水平确实显著受ABA诱导,并且是通过新蛋白大量合成(即基因表达显著升高)引起。将不同长度的ABI1和ABI2启动子片段分别驱动报告基因GUS表达并分别获得纯合转基因拟南芥株系,对其进行组织化学染色和GUS基因表达的定量分析,最终确定了ABI1和ABI2启动子上响应ABA信号的片段。通过酵母单杂交实验,证明了ABA信号通路的重要转录因子—ABFs可以结合这些启动子区域的ACE元件(核心序列为ACGT);通过ChIP实验,证实了ABFs可以在体内结合A类PP2C基因的启动子,并且其结合能力在ABA处理后显著增强。随后,利用abfs多突变体材料,进一步证实了ABFs确实介导ABA对A类PP2C基因表达以及对ABI1和ABI2蛋白水平的诱导。
        先前的研究表明,ABA可以诱导SnRK2磷酸化ABFs,这是先前理解的ABA激活ABFs的主要调控机制。在该研究中,李继刚课题组利用ABF1—ABF4的特异抗体,发现ABA可以显著诱导ABFs的蛋白积累;进一步的研究表明,该调控也是ABA通过显著诱导ABFs的基因表达实现的,并且该调控过程也由ABFs直接介导。因此,该研究发现了ABA对ABFs的另一层调控机制,即通过显著诱导ABFs的基因表达和蛋白水平,迅速放大ABA信号。
        几十年前人们就发现,在干旱胁迫时植物会抑制地上部分的生长,将有限的资源提供给根,使根能够继续生长,以便伸入土壤深层获取更多的水分;随后的研究证实,植物在干旱胁迫时对地上部分和根的差异调控是通过ABA信号实现的。在该研究中,李继刚课题组通过对ABI1p:GUS和ABI2p:GUS的组织化学染色,发现ABA显著诱导ABI1和ABI2基因在根部和气孔中的表达。这就部分解释了ABA强烈诱导A类PP2C这类ABA信号负调控因子的生物学意义:在根中强烈诱导A类PP2C会削弱根中的ABA信号,从而减轻ABA对根生长的抑制,使其能够伸入土壤深层获得更多的水分。
        中国农业大学生物学院博士研究生王晓吉为该论文的第一作者,李继刚教授为通讯作者,中国农业大学生物学院巩志忠教授和杨淑华教授也合作参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金和青年千人计划的经费支持。